DE2923229A1 - Hydraulisches schlagbohrgeraet - Google Patents
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Description
_ 2 —
15/3
SOCIETE D1ETUDE ET DE CONSTRUCTION DE MACHINES POUR
TOUTES INDUSTRIES SECOMA, Avenue De Lattre de Tassigny - Zone Industrielle, Meyzieu (Rhone), Frankreich
Hydraulisches Schlagbohrgerät
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Schlagbohrgerät, das für die Steuerung der Schlagbewe—
gung einen Schlagkolben hat, der gleitend im Inneren eines Zylinders angeordnet ist, der, um den Schlagkolben
herum, eine erste Ringkammer begrenzt, die über eine Hochdruckleitung mit einem Rückschlagventil verbunden
ist, das in Form einer unter Federkraft stehenden Hülse ausgebildet ist, die gleitend im Inneren einer
Kammer angeordnet ist, die ihrerseits mit einem Membranspeicher verbunden ist und in die eine Einlaßleitung für
die Hydraulikflüssigkeit mündet, wobei der Zylinder auch eine zweite ringförmige Kammer definiert, die mit einem
Steuerventil verbunden ist, das einen Schieber mit unterschiedlichen Querschnitten aufweist, mit dem die zweite
Kammer alternativ in leitende Verbindung mit der Hochdruckleitung und einer Rücklaufleitung zu setzen ist,
wobei die Steuerbewegung des Ventils über eine Leitung hervorgerufen wird, die in leitender Verbindung mit dem
Zylinder steht.
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Derartige hydraulische Schlagbohrgeräte sind insbesondere in den französischen Patentanmeldungen Nr. 2 274
(entsprechend deutscher Patentanmeldung P 24 38 326.8) und Nr. 2 274 405 (entsprechend deutscher Patentanmeldung
P 24 61 633.9) beschrieben. Das allgemeine Funktionsprinzip der dort beschriebenen Geräte basiert auf der
Tatsache, daß die zweite ringförmige Kammer, die alternativ mit der Eingangsleitung für die Hydraulikflüssigkeit
und der Rücklaufleitung verbunden wird, und zwar über das Steuerventil, das seinerseits selbst durch die
Bewegungen des Kolbens gesteuert wird, einen Wirkquerschnitt hat, der größer ist als derjenige der ersten
ringförmigen Kammer, die dauernd mit der Eingangsleitung für die Hydraulikflüssigkeit verbunden ist, wenn die Verbindung
mit letzterer durch das Rückschlagventil hergestellt ist. Dieses Rückschlagventil, das auch in Art
eines Schiebers mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet ist und das eine Kompensationsfeder hat, ist
so ausgelegt, daß im Stillstand des Gerätes und so lange, wie der Druck auf der Einlaßseite unterhalb einer vorbestimmten
Schwelle bleibt, die Feder entspannt ist und das Ventil den Zugang zur Hochdruckleitung sowie den
Zugang zum Speicher verschließt. Übersteigt der Druck dann die vorgegebene Schwelle, verlagert sich der Schieber,
wobei die Feder zusammengedrückt wird+ und die Mündungsöffnungen
der Hochdruckleitung und der zum Speicher führenden Leitung freigegeben werden.
Diese hydraulische Einrichtung ist bezüglich der Steuerung der Schlagbewegung durchaus befriedigend, ist jedoch nicht
in besonderer Weise an ein Schlagbohrgerät angepaßt, bei dem der Bohrer nicht nur geschlagen wird, sondern auch
in Drehung angetrieben wird. Selbstverständlich ist es jederzeit möglich, das Werkzeug durch einen vollständig
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vom Schlagmechanismus unabhängigen Mechanismus anzutreiben,
was auch den Vorteil einer hohen Funktionsanpassungsfähigkeit hat, was aber den Einsatz zweier
Pumpen und zweier getrennter Speisekreise erfordert. Man hat auch schon daran gedacht, den Schlagmechanismus
und den Drehmechanismus sozusagen hydraulisch in Reihe zu schalten (s. z.B. FR-PS 1 454 735 und 2 129 276)
Es ist dann möglich, mit einer einzigen Pumpe auszukommen und auch die hydraulischen Kreise zu vereinfachen.
Das Gerät baut dadurch relativ einfach und arbeitet auch zuverlässig. Hierdurch wird jedoch die Drehbewegung
für das Werkzeug vollständig abhängig von der Schlagbewegung, und es ist insbesondere nicht möglich,
das Bohrwerkzeug, indem man es zurücklaufen läßt, zu drehen, also ohne Betätigung des Schlagwerkes.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile
der bekannten Geräte eine Ausgestaltung zu schaffen, mit der bei denkbar einfachem Aufbau der
hydraulischen Kreise die Drehbewegung und die Schlagbewegung unabhängig voneinander gehalten werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches.
Durch die dort gekennzeichneten Maßnahmen befindet sich somit der Drehantriebsmotor nach Lage und Speisung in
Reihe mit dem Schlagmechanismus, wobei trotz des denkbar einfachen Aufbaus der Hydraulik die Drehung des Bohrwerkzeuges
ohne Ingangsetzung des Schlagmechanismus möglich ist, indem man in denkbar einfacher Weise die Speisemenge
der Hydraulikflüssigkeit variiert. Liegt die Speisemenge unter einem vorbestimmten Wert, wird das
Rückschlagventil nicht gegen die Wirkung seiner Feder
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verlagert, so daß es auch nicht die Speisung des Schlagmechanismus ermöglicht, jedoch andererseits
den Durchlaß der Hydraulikflüssigkeit, so daß ausschließlich der Motor für die Drehbewegung arbeiten
kann» Wird die Speiseraenge über den vorbestimmten Wert hinaus gesteigert, wird das Rückschlagventil unter
Zusammendrückung seiner Feder derart verlagert, daß die Hydraulikflüssigkeit nicht mehr durch den zusätzlichen
Auslaß des Rückschlagventils strömen kann, sondern durch den Schlagmechanismus geleitet wird,
der dann gleichzeitig mit dem Motor für die Drehbewegung arbeitet»
Der außerordentlich einfache Aufbau der Vorrichtung resultiert daraus, daß nichts weiter geschehen Ist
als das einfache Hinzufügen eines einfachen Auslasses zu einem Rückschlagventil der bekannten Hydraulikkreise
der vorbekannten Geräte» Selbstverständlich muß das Rückschlagventil im Hinblick auf seine neue Funktion
entsprechend austariert werden, derart, daß die gleichzeitige Betriebsweise der Drehbewegung und des
Schiagens ausgehend von einer Speisemenge erreicht wird, die einem vorgegebenen Druck entspricht.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher beschrieben.
Es zeigen
Es zeigen
Fig. 1 die HydraulikJcreise eines Gerätes gemäß der
Erfindung mit dem Rückschlagventil in einer Stellung, die ausschließlich die Drehbewegung
des Bohrers ermöglicht,
Flg« 2 die Darstellung nach Fig» 1, jetzt mit dem Rückschlagventil in einer Stellung, die das
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gleichzeitige Drehen und Schlagen des Bohrers ermöglicht,
Fig. 3
bis 6 Schemadarstellungen des Funktionszyklus des
bis 6 Schemadarstellungen des Funktionszyklus des
hydraulischen Schlagbohrgerätes.
Das dargestellte hydraulische Schlagbohrgerät weist einen Schlagkolben 1 auf, der gleitend im Inneren eines
Zylinders 2 gelagert ist. Der Schlagkolben schlägt periodisch auf eine Bohrersteckhülse 3, die ihrerseits mit
einem Bohrwerkzeug (nicht dargestellt) verbunden ist.
Die Hydraulikkreise beinhalten eine Speiseleitung 4, die die Versorgung des Gerätes mit Hydraulikflüssigkeit ermöglicht,
wobei der diesbezügliche Druck und die Speisemenge von einer nicht dargestellten Pumpe vorgegeben
werden. Die Speiseleitung 4 mündet in eine Kammer 5, in der ein Rückschlagventil 6 angeordnet ist. Die Kammer
5 ist über eine Hochdruckleitung 7 mit einer von dem Zylinder 2 gebildeten ringförmigen Kammer 8 verbunden,
die den Kolben 1 auf der der Bohrereinsteckhülse 3 benachbarten Seite umgibt.
Auf der anderen Seite des Kolbens begrenzt der Zylinder 2 um den Kolben 1 herum eine weitere ringförmige Kammer
9, die über eine Leitung 10 mit einem Steuerventil 11 verbunden ist. Dieses Ventil ist einerseits mit einer
Rücklaufleitung 12 und andererseits mit der Hochdruckleitung 7, und zwar über eine Verbindungsleitung 13, verbunden.
Das Steuerventil 11 wird aus einem Schieber 14 in Form einer Buchse gebildet, der unterschiedliche Querschnitte
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hat und der im Inneren einer Kammer 15 verlagerbar ist. Der buchsenförmige Schieber weist dabei einen
vorstehenden Bund 16 auf, der die Steuerbewegung des Ventils ermöglicht. Eine Steuerleitung 17 verbindet
den auf der einen Seite des Bundes 16 liegenden Abschnitt der Kammer 15 mit dem Zylinder 2. Die Steuerleitung
unterteilt sich in mehrere parallele Kanäle 18, die in den Zylinder hinter der ringförmigen Kammer
8 münden. Gewisse dieser Kanäle sind ganz oder teilweise durch Stangen 19 verschlossen. Eine weitere Leitung
20 verbindet den auf der anderen Seite des Bundes 16 liegenden Teil der Kammer 15 mit der Rücklaufleitung
12.
Es ist hervorzuheben, daß die Rücklaufleitung 12 ferner
mit der Kammer 5 für das Rückschlagventil 6 über eine Leitung 21 verbunden ist, ferner mit der Vorderseite
des Zylinders 2 über eine Leitung 22, mit dem mittleren Bereich des Zylinders 2 über eine Leitung
23, die gegenüberliegend dem im Querschnitt verringerten Bereich des Kolbens 1 mündet, der zwischen
seinen beiden Führungsabschnitten liegt. Der vordere Bereich des Zylinders 2 ist ferner über eine Leitung
24 mit der Hochdruckleitung 7 verbunden.
Die Kammer 5 ist mit einem Membranspeicher 25 verbunden. Das im Inneren der Kammer 5 liegende Rückschlagventil
6 ist in Form einer gleitenden Hülse ausgebildet, die unter der Wirkung einer Feder 26 steht. Das
hülsenförmige Rückschlagventil 6 hat dabei einen ersten seitlichen Auslaß 27, der den Durchgang der Hydraulikflüssigkeit
zur Hochdruckleitung 7 gewährleistet.
Die das Rückschlagventil bildende Hülse 6 weist nun noch einen zweiten seitlichen Auslaß 28 auf, der den
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direkten Durchlaß von Hydraulikflüssigkeit über die
Leitung 21 durch die Rücklaufleitung 12 hindurch ermöglicht, dieses in Verbindung mit einem Hydraulikmotor
29 für den Drehantrieb, der in die Speiseleitung 4 eingeschaltet ist.
Die Funktionsweise des Gerätes sei im Zusammenhang beschrieben. Die Feder 26 drückt das Rückschlagventil
6 gegen das eine Ende der Kammer 5 derart, daß in Abwesenheit jeder anderen Kraft das Rückschlagventil es
über den zusätzlichen weiteren Auslaß 28 ermöglicht, daß Hydraulikflüssigkeit, die aus der Speiseleitung
4 kommt, durch die Leitung 21 zur Rücklaufleitung 12
strömt, wobei aber gleichseitig der Durchlaß zur Hochdruckleitung 7 und zum Membranspeicher 25 für die
Hydraulikflüssigkeit versperrt ist.
Wenn die Speisemenge c unterhalb einer bestimmten Schwelle c >
verbleibt, ist der durch das Abströmen der Hydraulikflüssigkeit durch den Auslaß 28 hervorgerufene
Chargenverlust nicht ausreichend, um eine Verlagerung des Rückschlagventils 6 gegen den Druck
der Feder zu erreichen. Überträgt sich dieser Chargenverlust durch einen Druck P stromaufwärts des Auslasses,
gleich dem Druck in der Rücklaufleitung 12, vergrößert um den betroffenen Chargenverlust. Dieser
Druck P, der mit dem differentiellen Querschnitt S
des Rückschlagventils 6 zu multiplizieren ist, ruft eine Kraft hervor, die der Druckkraft der Feder 26
entgegengesetzt ist und die unterhalb dieser Druckkraft bleibt, und rvar im absoluten Wert, solange
die Speisezange unterhalb der Schwelle q„ bleibt.
Das Rückschlagventil <5 hä.,t Eich also in einer Lage,
in der die Hündung der Hccnöruckleitung 7 verschlossen
ist. Die gesamte Sc ei ρ essence strömt somit direkt
S 0 i? b H ; / 0 6 5 8
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von der Kammer 5 zur Rücklaufleitung 12. Der Motor 29 für die Drehbewegung wird somit angetrieben und
dreht den Bohrer, v/ährend der Schlagmechanismus nicht gespeist wird. Diese Stellung ist in Fig. 1 gezeigt.
Wenn die Speisemenge q der Hydraulikflüssigkeit die Schwelle qQ übersteigt, wird der vorstehend beschriebene
Druck P ebenfalls größer als ein vorgegebener Wert PQ und die daraus resultierende Kraft PxS ist dann
ausreichend, das Rückschlagventil 6 gegen den Druck der Feder 26 zu verlagern, wobei die Feder zusammengedrückt
wird. Die zum anderen Ende der Kammer 5 gedrückte Hülse des Rückschlagventils 6 verschließt dann
den direkten Durchgang zur Rücklaufleitung 12, indem es die Leitung 21 verschließt, wobei sie aber den Durchlaß
zum Membranspeicher 25 und zur Hochdruckleitung öffnet, und zwar über den Auslaß 27. In diesem Fall
speist die Hydraulikflüssigkeit jetzt einerseits den Hydraulikmotor 29 für die Drehbewegung und andererseits
den Schlagmechanismus, wobei diese beiden Systeme sozusagen in Serie angeordnet sind und gleichzeitig
arbeiten können, wie sich aus der Darstellung nach Fig. 2 ergibt.
Der Funktionszyklus des Schlagmechanismus, für sich genommen bekannt, wird der Vollständigkeit halber
nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 6 beschrieben.
Die Ringkammer 8 steht dank der Hochdruckleitung 7 immer unter Druck. Die Ringkammer 9 kann alternativ,
vermittels der Steuerleitung 10 und des Steuerventils 11, einerseits mit der Hochdruckleitung 7 und andererseits
mit der Rücklaufleitung 12 verbunden werden. Der mittlere Bereich des Zylinders 2, in den die Leitung
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mündet, ist dauernd in leitender Verbindung mit der Rücklaufleitung 12 und bildet eine Rückströmkammer
für Leckverluste. Diesem Zweck dient auch die Leitung 22. Die in der Ringkammer 8 vorhandene Hydraulikflüssigkeit
übt ihren Druck auf eine Fläche Sl des Kolbens
I aus, die kleiner ist als die Fläche S2, auf die der
Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Ringkammer 9 einwirkt.
In einer ersten Phase des Zyklus, als Kolbenrücklauf und Energiespeicherung zu bezeichnen, befindet sich
die Ringkammer 8 unter Druck, während die Ringkammer in leitender Verbindung mit der Rücklaufleitung 12
steht, wobei sich der Schieber 14 des Steuerventils
II in seiner oberen Stellung befindet. Der Kolben 1 läuft zurück, wobei gleichzeitig der Membranspeicher
25 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit speichert (s. Fig. 3).
In einer zweiten Phase des Zyklus, als Ende des Kolbenrücklaufes und Steuerung des Steuerventils zu bezeichnen,
gibt der Kolben 1 die Öffnungen frei, mit denen die Kanäle 18 in den Zylinder 2 münden. Der aus der
Ringkammer 8 kommende Druck gelangt dann in die Steuerleitung 17 und verlagert den Schieber 14 des Steuerventils
11 in seine untere Stellung. Die Kammer 9 wird somit in leitende Verbindung mit der Hochdruckleitung
7 gebracht (s. Fig. 4).
In der nachfolgenden Betriebsphase, als Arbeitsphase zu bezeichnen, sind die beiden Ringkammern 8 und 9 in
leitender Verbindung mit der Hochdruckleitung 7 und werden gleichzeitig durch die Pumpe über die Speiseleitung
und durch den Speicher 25 gespeist. Da der Wirkquerschnitt S2 der Ringkammer 9 größer ist als der
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Wirkquerschnitt Sl der Ringkammer 8, wird der Kolben nach vorn getrieben. Der Hydraulikflüssigkeit der
Ringkammer 8 wird dabei zur Kammer 9 getrieben (s. Fig. 5).
Die letzte Betriebsphase, als Stoßphase zu bezeichnen, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben 1,
nachdem er seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, auf die Bohrerexnsteckhulse 3 schlägt. Der entsprechende
tragende Abschnitt des Kolbens 1 gibt die Öffnungen der Kanäle 18 in den Zylinder 2 frei. Die
Steuerleitung 17 befindet sich mittels der Leitung in leitender Verbindung mit der Rücklaufleitung
Der Schieber 14 des Steuerventils 11 wird in seine ursprüngliche obere Stellung zurückgeführt und die
Ringkammer 9 wird wieder in leitende Verbindung mit der Rücklaufleitung 12 gesetzt (s. Fig. 6).
Ausgehend von dieser Stellung läuft der Kolben erneut
zurück und der gleiche Zyklus wiederholt sich so lange, wie der Speisedruck ausreichend ist. Wird die Speisemenge
an Hydraulikflüssigkeit wieder unter die Schwelle qn reduziert, wird das Rückschlagventil 6 von der
Feder 26 in seine Stellung entsprechend Fig. 1 zurückgeführt. Der Durchtritt zu der Ringkammer 8, dem Steuerventil
11 und dem Speicher 25 wird gesperrt und letzterer entlädt sich langsam durch die internen Schwundverluste
des Gerätes.
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Claims (1)
- PatentanwälteDr. O. Loesenbeck Dipl.-Ing. StrackeDip!.~!ng. L -senbeck 48 Bielefeld, Heriouier Strebe iPPaten tanspruchHydraulisches Schlagbohrgerät, mit einem gleitend im Inneren eines Zylinders geführten Schlagzylinder, der, um den Kolben herum, eine erste Ringkammer definiert, die über eine Hochdruckleitung mit einem hülsenförmigen, unter der Wirkung einer Feder stehenden Rückschlagventil verbunden ist, das gleitend im Inneren einer Kammer angeordnet ist, die mit einem Speicher verbunden ist und in die eine Speiseleitung für die Hydraulikflüssigkeit mündet, wobei der Zylinder eine zweite Ringkammer definiert, die mit einem Steuerventil, das einen Schieber mit unterschiedlichen Querschnitten hat, verbunden ist, das die zweite Ringkammer alternativ in leitende Verbindung mit der Hochdruckleitung und einer Rücklaufleitung setzt, wobei die Steuerung des Steuerventils über eine Leitung geschieht, die in leitender Verbindung mit dem Zylinder steht, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rückschlagventil bildende Hülse (6) einen seitlichen Auslaß (28) aufweist, mit dem ein direkter Durchlaß der Hydraulikflüssigkeit zur Rücklaufleitung (12) zu bilden ist, wenn sich das Rückschlagventil in einer den Durchlaß zur Hochdruckleitung (7) sperrenden Stellung befindet, wobei ein hydraulischer Motor (29) für den Drehantrieb in die Speiseleitung (4) eingeschaltet ist.909881/0658
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